Н.С. Голубева, В.Н. Митрохин - Основы радиоэлектроники сверхвысоких частот - 2008 (1261905), страница 49

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 49)

Это достигается за счет того, что волна дважды проходит через феррито­вый элемент. Для этого круглый волновод за ферритовой секцией замкнут нако­ротко с помощью заглушки, от которой волна отражается и распространяется че­рез ферритовый элемент в обратном направлении.В конструкции, представленной на рис.7.9,а, использован волноводныйтройник, поскольку вектор электрического поля в результате двукратного про­хождения волны через поляризатор поворачивается в пространстве наВ фазовращателе, схема которого приведена на рис.использованвращатель,использующийплоскость поляризации волны на45°(наэффект90°7.9,Фарадея,90°.б, вместо тройникаповорачивающийпри прохождении в обе стороны).В этом случае плоскость поляризации волны после прохождения фазовращателясохраняется неизменной .Рассмотренные выше фазовращатели предназначены для придания фазовогосдвига волнам, поляризованным по кругу, а в случае их использования для ли­нейно поляризованных волн последние необходимо сначала преобразовать вволны круговой поляризации.7.306Ферритовые устройства сверхвысоких частот-НоРис.7.10.-НоСхема фазовращателя, управляемого продольным магнитным полем с двумяобмотками электромагнита, намотанными в противоположных направленияхВ фазовращателе, изображенном на рис.7.10,не требуется предварительно­го преобразования волны линейной поляризации в поляризованную по кругуволну.

Обмотка электромагнита содержит две секции, намотанные в противопо­ложных направлениях. При распространении линейно поляризованной волны поволноводу,содержащему продольно намагниченныйферритовыйстержень,происходит поворот плоскости поляризации волны и изменение ее фазы. По­скольку два участка ферритового стержня намагничены в противоположных на­правлениях, результирующий угол поворота плоскости поляризации будет равеннуmо, а фаза волны изменится на величину Л<р = IЛ<p-1-IЛ<p+l z, где l - общая2длина феррита; Л<р_ и Л<р+-приращение фазы для волн левого и правого вра­щений соответственно. Изменяя значение управляющего поля, можно регулиро­вать фазу линейно поляризованной волны, сохраняя неизменной ее плоскостьполяризации.

Рассмотренный фазовращатель взаимный. Достоинством такогофазовращателя является простота конструкции, а недостатком-малое значе­ние фазового сдвига при небольших значениях управляющего поля.7 .2. Волноводные устройства, использующие явлениевзаимного поглощения при ферромагнитном резонансеНевзаимное резонансное поглощение в ферритах используется для созданиявентилей, в которых знаqительная часть энергии волны, распространяющейся водном направлении, поглощается в феррите, тогда как волна обратного направ­ления проходит через линию почти без потерь.Резонансный вентиль может быть построен с использованием круглого,прямоугольного, коаксиального, П- и И-образного, спирального или плоскоговолновода, а также любой другой линии передачи, если только в некоторой об­ласти ее существует или может быть создано вращение вектора переменногомагнитного поля при движении волны по волноводу. Для получения невзаимно­го резонансного поглощения наличие круговой (или эллиптической) поляриза­ции является обязательным.Резонансный вентиль на круглом волноводе.

Резонансный вентиль накруглом волноводе имеет конструкцию, подобную вращателю поляризаций, ис-7.2.Волноводные устройства, использующие явление взаимного поглощенияРис.3077.11. Схема резонансного вентиля на круглом волноводе:1, 2 -четвертьвоmювые пластиныпользующей эффект Фарадея (рис.7.11).Чтобы преобразовать линейно поляри­зованную волну Н11 круглого волновода в волну круговой поляризации, необхо­димую для работы устройства, используются четвертьволновые пластины. Пла­стина1обеспечивает создание волны, например, с левой круговой поляризацией(против часовой стрелки относительно вектора Н0). Волна, распространяющаяся впротивоположном направлении, преобразуется пластиной2в волну с правой кру­говой поляризацией.

Если подмагничивающее поле имеет такую величину, что вы­полняется условие резонанса, то волна с правым направлением круговой поляриза­ции будет сильно поглощаться в ферритовом стержне. Поскольку ферритовый стер­жень в круглом волноводе не соприкасается с металлическими стенками, он можетрассеять лишь небольшое количество теплоть1. Поэтому области применения этихустройств ограничиваются случаями, когда мощность обратной волны мала.Резонансные вентили на прямоугольном волноводе. Резонансные венти­ли на прямоугольном волноводе находят наибольшее практическое применение.Они обладают двумя основными особенностями, представляюIЦИми значитель­ный интерес при разработке устройств сверхвысоких частот: высокая рабочаямощность; возможность работы в широкой области частот (от100 МГц до 300 ГГц).Наличие круговой поляризации вектора переменного магнитного поля придвижении волны по волноводу иллюстрируется рис.7.12,zгде показана картина магнитных силовых линий в плос­-~--нкости широкой стенки волновода.

В точке Р вектор маг­(нитного поля Н вращается против часовой стрелки, когда1•картина поля движется вдоль положительного направле­ния оси~- -_)z, и по часовой стрелке при движении в обратномнаправлении.(Если в точке Р Нхполяризация,в= Hz,противном'то имеет место круговаяслучае-.....\t1\эллиптическая.Нх i\(В центре волновода и у боковых стенок вектор Н поля­1rzризован линейно.)2аВ точку Р можно поместить феррит, к которому при­ложенопостоянное\магнитноеполе,перпендикулярноешироким стенкам волновода (поперечв:ое намагничива­ние). Спиновые диполи будут прецессировать вокруг на-Рис.7.12.Магнитныесиловые линии в плос­кости пшрокой стенкиволновода7.308Рис.7.13.Ферритовые устройства сверхвысоких частотВарианты расположения ферритовой пластины в резонансном вентилеправления постоянного магнитного поля, и направление вращения вектора Пбудет совпадать с направлением прецессии или противоположно ему в зависи­мости от направления движения картины поля.

Если СВЧ-поле имеет резонанс­ную частоту, будет наблюдаться резонансное поглощение энергии.Существует несколько вариантов расположения ферритовой пластины в ре­зонансном вентиле, некоторые из которых показаны на рис.7.13.Она либо при­клеивается к широким стенкам волновода, либо поддерживается в нужном сече­нии диэлектрическим стержнем, проходящим через боковое отверстие в боковойстенке волновода.Коаксиальныйрезонансныйвентиль.Еслисравнительнонебольшаямощность, пропускаемая линией, не является препятствием, можно использо­вать коаксиальный вентиль, существенными преимуществами которого являют­ся широкополосность и компактность.Рис.7.14.Коаксиальный резо­нансный вентильРис.7.15.Поперечное сечение коакси­ального резонансного вентиля с асим­метрично расположеннымиферрито­выми пластинамиВ коаксиальном вентиле, представленном на рис.7.14,половина линии за­полнена диэлектриком с относительно большой диэлектрической проницаемо­стью.

Диэлектрик используется для искажения картины поля волны. Как извест­но, Т-волна не имеет продольной составляющей магнитного СВЧ-поля и не соз­дает вращающегося магнитного поля, необходимого для появления невзаимныхэффектов. Продольная составляющая магнитного поля может быть создана по­средством внесения асимметрии в поперечное сечение линии (с помощью иска­жения формы) или путем введения диэлектрика (рис.7.15).7.3. Волноводные устройства, использующие различияв структурах полей прямой и обратной волнПевзаимные фазовращатели.

Невзаимные фазовращатели используют разли­чие фазовых постоянных для двух направлений распространения электромагнитной7.3.Вошюводные устройства, использующие различия в структурах полейба7.16. ФазовращательРис.309вна прямоугольном волноводе с поперечно намагниченной ферри­товой пластиной:асмещенной относительно центра волновода; б--находящейся в центре волновода; в-сдвумя симметричными противоположно намагниченными пластинамиволны или (что то же самое) при неизменном направлении распространения энер­гии -раз.JШЧИе фазовых постоянных (Л~) для двух направлений: намагнИ1Швающе­го поля. ДиффереIЩИальный (или разностный) фазовый сдвиг, создаваемый фазо­вращателем, определяется по формулеЛ<ргдеl-= Л~l,длина фазовращателя.Фазовращатель на прямоугольном волноводе, показанный на рис.7 .16,а,содержит поперечно намагниченную ферритовую пластину, смещенную относи­тельно центра волновода. Если поперечно намагниченная ферритовая пластинарасположена в центре волновода (рис.7.16,б), фазовращатель будет взаимным.Две противоположно намагниченные ферритовые пластины, расположенные наравных расстояниях от боковых стенок волновода (рис.7.16,в), увеличиваютдиффереIЩИальный фазовый сдвиг примерно вдвое.В рассматриваемых фазовращателях для реализации достаточно больпmх фазо­вых сдвигов требуются большие управляющие поля и, как следствие, громоздкиеэлектромагниты.

Поэтому фазовращатели с поперечным полем нельзя использоватьдля быстрой регулировки фазы. В этом состоит их основной недостаток.Этот недостаток устранен в конструкции, представленной на рис.7.17, где вме­сто двух противоположно намагниченных ферритовых пластин используется фер­ритовый тороид. Внутри тороида проходит управляющий провод, по которому про­пускаются импульсы тока разной полярности, создающие азимутальное (или коль­цевое) намагничивающее поле.

Каждой полярности импульса тока соответствуетопределенное состояние остаточной намагниченности феррита (рис.7.18),а следо­вательно, и постоянной распространения волны. Разность постоянных распространения для двух состояний остаточной намагниченностиопределяет диффереIЩИальный (или разностный) фазовыйсдвиг, приходящийся на единицу длины фазовращателя.Основным отличием таких фазовращателей являетсято, что при азимутальном намагничивании ферритовыйтороид имеет размагничивающий фактор, близкий к нулю,Рис.7.17.Фазовраща­тельнапрямоуголь­и, следовательно, в каждом состоянии остаточной намаг­ном волноводе с фер­ниченности будет находиться сколь угодно долго.

Дляритовым тороидом7.310Ферритовые устройства сверхвысоких частотвизменения фазы фазовращателя достаточно перемаг­нитить ферритовый тороид коротким импульсом токаи не нужно поддерживать намагниченный ток во вре­мя работы фазовращателя, т.е. требуется малая мощ­ность управления. Работа в состоянии остаточной на­магниченности (так назьmаемый принцип магнитнойпамяти) легко реализуетсяза счет использованияферритов с прямоугольной петлей гистерезиса.Р ис.7.18. Петля гистерезисаДругое принципиальное отличие этих фазовращателейотсутствие внешней магнитной системы.-Переключающий импульс магнитного поля создает­ся проводником с током, находящимся внутри линии переда<IИ. Поэтому металли­ческие стенки волновода не оказывают размагничивающего действия, и можнодостичь максимально возможного для ферритовых устройств быстродействия.Недостатком конструкции, представленной на рис.но низкая добротность(отношение7 .17, являетсясравнитель­дифференциального фазового сдвига к поте­рям).

Характеристики

Список файлов книги